工程科學學報

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期刊信息

月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

郵發代碼：82-303

國內發行：北京報刊發行局

國內訂閱：全國各地郵局

郵　　箱：xuebaozr@ustb.edu.cn

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2022年第44卷第12期

欄目

礦業工程
冶金工程·材料科學與工程
控制科學與工程
能源工程·環境工程

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礦業工程

無熟料超細金屬尾礦基固結材料的早期水化與液相特性

劉娟紅, 安樹好, 吳愛祥, 王洪江, 張月月

2022, 44(12): 1999-2007. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.12.001

[摘要](495)

[HTML全文] (127)

[PDF 2421KB](73) [施引文獻] ()

摘要:
為探明超細金屬尾礦粉在石灰–石膏體系中的早期水化固結特性，以生石灰、石膏和鐵尾砂為原料，采用超細粉磨制備了無熟料鐵尾砂粉固結材料，提取水化漿體3 min～24 h的液相并測試了其離子濃度及電導率，結合水化放熱速率曲線及掃描電鏡（SEM）、X-ray衍射分析（XRD）、熱重–差熱分析（TG–DSC）等測試結果，研究了固結漿體早期水化行為與液相特性變化的關系。結果表明：固液混合后液相各離子濃度快速上升，在10～30 min達到峰值后快速下降，180 min之后以較緩的速度繼續下降；液相電導率與Ca²⁺、OH^–和SO₄^2–離子總濃度變化有較高的一致性；固結材料水化過程中有兩次放熱行為，起止時間分別為0～15 min和20～180 min；水化產物物相分析顯示漿體中90 min可見AFt特征峰及C–S–H吸熱峰。實驗證明：在石灰–石膏–水體系中，鐵尾砂粉表面的非晶態SiO₂和Al₂O₃能夠快速溶解并發生水化反應，生成AFt及C–S–H，水化產物對未水化鐵尾砂顆粒膠結固化，使固結體產生強度；延長粉磨時間可顯著提高鐵尾砂表面非晶態硅鋁成分含量及石灰、石膏的溶解速率，加速漿體的水化并增加水化產物的生成量。

離子液體對不粘煤煤粉自燃特性的影響

馬礪, 何鋮茂, 魏澤, 魏高明, 王洋

2022, 44(12): 2008-2016. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.18.003

[摘要](527)

[HTML全文] (170)

[PDF 1717KB](39) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究煤粉儲運過程中堆積煤粉在漏風環境下氧化升溫導致其氧化自燃特征，揭示[BMIM][BF₄]離子液體抑制煤粉氧化阻燃反應機制。本文選用高效阻化劑[BMIM][BF₄]離子液體對紅柳煤礦(HL)不粘煤煤粉進行阻化處理，通過煤粉恒溫氧化實驗測定5%、10%、15%質量分數的[BMIM][BF₄]處理煤粉的自燃臨界參數，即煤粉臨界自燃溫度T_m和著火延遲時間t_i，分析[BMIM][BF₄]對煤粉加熱、自熱反應的影響；測試同一高溫環境下(各煤粉均被點燃)[BMIM][BF₄]對煤粉的宏觀阻化特性；通過FT-IR實驗表征[BMIM][BF₄]對煤粉的微觀阻化特征，驗證煤粉自燃臨界參數變化規律。結果表明：[BMIM][BF₄]能夠抑制煤粉自熱反應并提高煤粉T_m和t_i值，降低煤粉自燃危險性，且其質量分數越大，煤粉自燃臨界參數越大，其中15%質量分數的[BMIM][BF₄]處理煤粉的T_m為156 ℃，較原煤粉冗余度提高+26 ℃，t_i為80 min，較原煤粉著火延遲32 min。在同一環境溫度T_a下(T_a>T_m)，[BMIM][BF₄]處理煤粉的中心點溫度、耗氧速率、CO產生量均小于原煤粉，且[BMIM][BF₄]的阻化效果隨質量分數的增大而增大。[BMIM][BF₄]的阻化作用體現在強電負性氟原子與煤中羥基氫原子形成較強的氫鍵，溶解破壞煤中羥基基團，阻斷煤氧鏈式反應。

基于手機移動傳感網絡的礦震群智定位方法

羅浩, 馮天真, 于靖康, 潘一山, 張利

2022, 44(12): 2017-2028. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.16.007

[摘要](480)

[HTML全文] (207)

[PDF 1997KB](47) [施引文獻] ()

摘要:
為提高礦震監測系統定位精度，減少監測盲區，降低監測成本，基于分布式的思想，提出一種基于手機移動傳感網絡的礦震定位方法。首先以礦區附近工人及家屬等使用的智能手機建立手機移動傳感網絡，其次對模擬震源點網格化，構建基于標準差的目標函數，提出改進的螢火蟲尋優策略，并使用拐點回溯法以及手機移動傳感網絡排除離散點策略(EDPS)降低定位誤差，最后通過礦震模擬實驗進行驗證。實驗結果表明：在手機移動傳感網絡無到時誤差理想情況下，所有模擬震源點都能夠準確收斂至震源位置，定位誤差小于1 m。但手機相較于檢波器到時誤差較高，且定位誤差與到時誤差具有相關性，當手機到時誤差為?1.0～1.0 s時，傳統算法定位誤差為216 m，無法實現高精度定位。通過研究目標函數值與定位誤差間的關系，提出并使用拐點回溯法以及EDPS兩種優化方法，算法絕對定位誤差降低至73 m，當到時誤差為?0.2～0.2 s時，絕對定位誤差降低至17 m，定位精度提高76.1%。基于手機移動傳感網絡的礦震群智定位方法，為礦震監測提供了一種新方法，未來可考慮與井下微震系統聯合，在節省監測成本、提高定位精度方面具有重要意義。

基于DIC的含3D打印起伏節理試樣破裂特性及損傷本構

王本鑫, 金愛兵, 趙怡晴, 孫浩, 劉加柱

2022, 44(12): 2029-2039. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.11.001

[摘要](595)

[HTML全文] (175)

[PDF 3602KB](56) [施引文獻] ()

摘要:
受地質構造的影響，巖體工程中經常賦存起伏結構面(如扭轉皺褶)，由于形態復雜，目前起伏節理巖體的破裂及損傷本構研究仍不充分. 采用3D打印技術制作不同傾角的起伏節理模型，通過單軸壓縮試驗和數字圖像相關技術(DIC)對起伏節理試樣的力學及破裂特性進行研究，并基于斷裂力學原理，首次提出采用DIC位移場求解節理尖端應力強度因子(SIF：一型SIF，K_I；二型SIF，K_II)進而探究損傷本構特性的思路. 結果表明：通過分析最小強度確定了起伏節理對試樣的損傷上限為46.6%，起伏節理試樣單軸強度對傾角的敏感性大于平直節理試樣；起裂發生在峰值應力附近，破裂過程可分為破裂路徑上微裂隙的產生和同步貫通，破裂模式表現為多條裂隙張剪組合模式；峰前SIF隨荷載增加而增加，峰后同一荷載下K_II>K_I，節理左右兩端均勻以剪切裂隙形式擴展；起伏節理對試樣的損傷與傾角呈正弦關系，節理和荷載對試樣的總損傷與應變均大致呈“S”型曲線.

考慮端部摩擦的中心直裂紋巴西圓盤斷裂參數解析解

劉建, 喬蘭, 李慶文, 趙國彥

2022, 44(12): 2040-2047. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.07.006

[摘要](646)

[HTML全文] (337)

[PDF 1356KB](44) [施引文獻] ()

摘要:
運用權函數法推導出考慮加載端摩擦的四種形式分布載荷加載下，中心直裂紋巴西圓盤試樣在任意I/II復合型斷裂模式下I、II型應力強度因子及T應力的解析解，并探究了端部摩擦及載荷分布角度對斷裂參數的影響。研究結果表明：（1）當中心裂紋相對長度β較小時，純I型、純II型斷裂的Y_I、Y_II及T*（分別是量綱為一的I型、II型應力強度因子及T應力）均隨摩擦系數及載荷分布角度增大而減小；但是，當β較大時，摩擦系數增大可使純I型Y_I增大，而載荷分布角度增大可使純II型T*增大。（2）接觸載荷分布形式為常數函數時，載荷分布角度對斷裂參數的影響最顯著，而四次函數下其對斷裂參數的影響相對最小。（3）當β較小時，純II型加載角度隨載荷分布角度增大而減小；當β較大時，其隨載荷分布角度增大而增大；摩擦系數增大可使純II型加載角度增大。

基于有限元極限平衡法的三維邊坡穩定性

蘇振寧, 邵龍潭

2022, 44(12): 2048-2056. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.29.002

[摘要](531)

[HTML全文] (193)

[PDF 4401KB](81) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種基于有限元彈塑性應力場和極限平衡狀態的三維邊坡穩定分析方法——三維有限元極限平衡法。首先，考慮三維空間中滑動方向，提出滑動面上一點在滑動方向上的極限平衡條件，并證明滑動面上土體整體達到極限平衡狀態與滑動面上土體各處在滑動方向上處于極限平衡狀態等價。再通過剛體極限平衡假定計算主滑方向和滑動面上各點滑動方向。最后，定義局部安全系數為抗剪強度與滑動方向上剪應力投影的比值，基于三維邊坡整體極限平衡條件將局部安全系數通過積分中值定理轉變為整體安全系數。該方法計算簡單，消除了剪應力比形式定義安全系數滑動面形狀限制，具備合理性與有效性。算例驗證結果表明，該方法滑動方向假設合理，安全系數與嚴格三維極限平衡法結果一致。

應力波形對巖石爆生裂紋擴展機制影響的數值模擬

李永祺, 梁正召, 錢希坤, 劉紅波

2022, 44(12): 2057-2068. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.14.004

[摘要](458)

[HTML全文] (254)

[PDF 4121KB](53) [施引文獻] ()

摘要:
運用RFPA^3D動力分析軟件模擬了沖擊動力作用下含預制裂紋巖石的裂紋擴展過程，探究了應力波峰值、能量、上升及下降速率對巖石裂紋擴展過程的影響。研究表明動載下巖石裂紋擴展形態受應力波上升速率影響，應力波上升速率越快，孔周邊巖石越破碎；應力波能量影響裂紋擴展長度，能量越大裂紋擴展越長，而相同能量條件下，應力波上升速率越小，裂紋擴展距離越遠，但孔邊破碎程度越弱；上升速率和應力波上升沿能量共同影響著炮孔粉碎區半徑。數值模擬結果很好地揭示了不同應力波峰值、能量與上升/下降速率對巖石的破碎機制，在實際爆破作業中可以通過水炮泥封口或者采用空氣柱間隔裝藥結構來延長應力波作用時間，以達到擴大爆破影響范圍的目的，而通過選取合適類型與配比的炸藥來提升應力波上升速率從而增強孔邊破碎效果。

冶金工程·材料科學與工程

硅鐵合金中金屬鈣元素對鋁脫氧鋼中夾雜物的影響

劉南, 成功, 任英, 張立峰

2022, 44(12): 2069-2080. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.12.004

[摘要](688)

[HTML全文] (269)

[PDF 28922KB](115) [施引文獻] ()

摘要:
大尺寸CaO?Al₂O₃類夾雜物容易引起軸承鋼疲勞失效，大尺寸CaO?Al₂O₃類夾雜物的控制是生產高端GCr15軸承鋼的關鍵因素之一。精煉過程中合金引入雜質元素、渣精煉和精煉過程中卷渣是鋁脫氧軸承鋼中大尺寸CaO?Al₂O₃類夾雜物的主要潛在來源。硅鐵合金通常用來提高軸承鋼的淬火和抗回火軟化性。本文通過實驗室實驗、樣品分析和熱力學計算，研究了硅鐵合金中金屬鈣元素對鋁脫氧鋼中夾雜物的影響。硅鐵合金主要由深色的硅相和淺色的硅鐵相組成，鈣元素在硅相和硅鐵相的界面處以金屬化合物形式存在。研究發現，加入硅鐵合金后，鋼中總鈣（T.Ca）含量增加，鋼中的Al₂O₃和MgO·Al₂O₃夾雜物被改性為CaO?Al₂O₃類夾雜物，夾雜物尺寸隨著夾雜物中CaO含量增加而減小，鋼中并未生成大尺寸CaO?Al₂O₃類夾雜物。隨著鋼中T.Ca含量增加，夾雜物平均尺寸降低，鋼中T.O含量增加，表明硅鐵合金中金屬鈣元素不會直接引起鋼中大尺寸CaO?Al₂O₃類夾雜物的生成。但是生成的小尺寸固相CaO?Al₂O₃類夾雜物在水口處粘附結瘤，結瘤物脫落后會成為鋼中大尺寸CaO?Al₂O₃類夾雜物的來源之一。

基于不同算法的高爐操作爐型聚類效果對比

魯杰, 閆炳基, 趙偉, 李鵬, 陳棟, 國宏偉

2022, 44(12): 2081-2089. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.25.005

[摘要](572)

[HTML全文] (200)

[PDF 1060KB](52) [施引文獻] ()

摘要:
高爐操作爐型與高爐操作、技術經濟指標等關系密切，合理的操作爐型有利于保證高爐生產的優質、低耗、高產、長壽。通過對冷卻壁溫度的聚類分析，能夠有效合理地表征高爐操作爐型的變化，對高爐生產有著重要的指導意義。分別采用K-Means、TwoStep對數據集進行聚類分析，基于兩種聚類算法的原理，結合Davies?Bouldin index（DBI）與Dunn index（DI）對聚類結果進行評價，分析不同聚類算法間的差異，得出了在所選樣本數據及數據特征基礎上，K-Means算法聚類結果更好的結論，該研究可為高爐煉鐵大數據分析中的聚類算法選擇提供有力參考。

廢汽車催化劑鐵捕集熔煉渣一步法制備微晶玻璃研究

鄭環東, 丁云集, 何學峰, 史志勝, 菅金鑫, 張深根

2022, 44(12): 2090-2099. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.02.17.001

[摘要](519)

[HTML全文] (152)

[PDF 2767KB](56) [施引文獻] ()

摘要:
低溫鐵捕集技術是回收廢汽車催化劑中鉑族金屬最有前途的技術之一。鐵捕集熔煉渣以硅鋁酸鹽為主，同時含有少量有毒重金屬（如Cr、Ba、Ni、Mn等），其處置與資源化利用是當前行業的難題。本文致力于鐵捕集熔煉渣的重金屬固化和資源化利用，充分利用硅鋁酸鹽為網絡形成體，以重金屬和酸洗污泥中CaF₂為形核劑，通過一步法制備微晶玻璃。差示掃描量熱分析結果表明，隨著酸洗污泥用量（質量分數）從7%增至28%，樣品的玻璃化轉變溫度與析晶溫度間隙由211 ℃降低到150 ℃，基礎玻璃的析晶活化能從321.8 kJ·mol^?1降低到303.5 kJ·mol^?1，Avrami指數由1.7增至3.7。表明酸洗污泥可以降低成核與析晶的溫差，有利于實現一步法工藝。酸洗污泥添加量（質量分數）為21%時，在900 ℃下熱處理1.2 h制備的微晶玻璃具有較佳性能，即密度3.04 g·cm^?3，吸水率（質量分數）0.11%，維氏硬度和抗彎強度分別為742.72 HV和119.32 MPa。浸出毒性試驗表明重金屬Cr、Ba、Ni等均滿足美國環保局提出的毒性浸出實驗（TCLP）標準。玻璃結構分析表明酸洗污泥有利于增加基礎玻璃中的非橋氧含量，降低玻璃網絡聚合度，增強結晶趨勢。

凝灰巖石粉制備膠凝材料及激發劑模數對抗壓強度的影響

于子豪, 張彤煒, 張彤文, 雷榕, 鄧永鋒

2022, 44(12): 2100-2110. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.28.004

[摘要](485)

[HTML全文] (203)

[PDF 4332KB](50) [施引文獻] ()

摘要:
為促進凝灰巖固體廢棄物的有效利用，提出一種凝灰巖石粉膠凝材料的制備方法，并通過抗壓強度測試、pH值測定、掃描電鏡、X射線能譜儀、X射線衍射分析和傅里葉變換紅外光譜等表征，探討了激發劑模數（n(SiO₂)/ n(Na₂O)）對抗壓強度的影響規律及相關機理。結果表明，激發劑模數為0.042～0.055時，試樣的28 d最大抗壓強度達到71.33 MPa。隨著激發劑模數的降低，顆粒表面的溶解程度提高；生成的硅鋁酸鹽增加，使抗壓強度提高，但當模數低于最優值后，孔隙直徑增大，石粉顆粒表面的黏結面積減小，造成強度降低。當激發劑模數為0.080～0.150和0.034～0.055時，抗壓強度發展分別主要在3～7 d之間和7～14 d之間，與試樣浸出液的pH值變化有較好的對應關系。因為堿激發反應過程大量消耗OH^?，強度上升；而過高的OH^?濃度可能使產物重新解聚，以及片層顆粒間一端靜電斥力的增大使顆粒趨向點?面接觸，引起強度的下降。

控制科學與工程

仿生撲翼飛行器能耗研究進展

趙民, 張祥, 付強, 張春華, 賀威

2022, 44(12): 2111-2123. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.17.003

[摘要](899)

[HTML全文] (364)

[PDF 2524KB](134) [施引文獻] ()

摘要:
自然界中飛行生物利用肌肉、骨骼等結構的協同作用實現靈活、敏捷的飛行，具有撲動、懸停、滑翔等多種飛行模式。仿生撲翼飛行器是模擬鳥類和昆蟲等飛行模式的一類飛行器，通過機翼的周期性上下撲動產生飛行所需的升力和推力，具有隱蔽性好、能效高和飛行噪聲小等優點，得到了各研究機構的廣泛關注。由于撲翼飛行器自身的負載能力較小，很難攜帶大容量的電池，導致其續航時間有限。研究新型輕質高能量密度的電池和高仿生設計實現續航時間的提升，是撲翼飛行器重要的研究方向。但是，針對撲翼飛行器新型電池的研究還處于初級研發階段，尚不具備機載飛行測試的能力。研究人員從仿生機理分析、機構優化設計以及控制策略研究等方面入手，針對撲翼飛行器能耗問題開展了大量研究，并取得了階段性成果。總結了有關仿生撲翼飛行器能耗方面的研究進展，分析了靜態參數、動態參數和控制策略等對仿生撲翼飛行器能耗的影響，提出了降低能耗的措施，并對未來研究方向做出了展望。

軟體機械臂的驅動方式、建模與控制研究進展

楊妍, 劉志杰, 韓江濤, 李擎, 賀威

2022, 44(12): 2124-2137. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.10.001

[摘要](947)

[HTML全文] (700)

[PDF 2920KB](161) [施引文獻] ()

摘要:
軟體機械臂是一個新的機器人分支，不同于剛性機械臂，它完全由柔軟的材料打造，可以完成剛性機械臂無法完成的任務，比如非結構環境下探測，易碎物品的抓取，更安全的人機協作等等。目前許多國家正在投入到軟體機械臂的研究當中，研究者設計出形狀與功能都不盡相同的軟體機械臂，從制作材料的多樣性到驅動方式的多樣性，再從建模方式的多樣性到控制方式的多樣性，無不展示出軟體機械臂的獨特性。由于任務目的的不同，軟體機械臂的驅動方式有所不同，本文首先研究三種主流的軟體機械臂驅動方式——繩索驅動（Tendon驅動）、形狀記憶合金驅動（SMA驅動）、氣動驅動（Pneumatic驅動），然后由此展開，分別研究軟體機械臂在不同驅動方式下的建模方式和控制方法。最后從驅動方式，建模方法和控制方法三個方面對軟體機械臂的發展趨勢進行總結展望。

基于要約–承諾的智能法律合約訂立方法與實現

郭倩, 朱巖, 殷紅建, 陳娥, 王迪, 劉國偉

2022, 44(12): 2138-2153. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.08.005

[摘要](837)

[HTML全文] (392)

[PDF 1259KB](80) [施引文獻] ()

摘要:
從合同訂立的相關法律規定入手，通過引入合約范本化思想，提出了一種包含智能合約建立、部署、訂立和存證四個階段的規范化合約訂立流程，使之滿足書面合同成立要件的法律規定；同時，在合約范本中提出了書面化交互接口，使之滿足合約“訂”和“立”兩個階段的交互；此外，在智能法律合約語言SPESC中引入了合約訂立相關語法，使之滿足合約訂立過程中的“要約–承諾”制度，并設計了三種區塊鏈交易結構支持當事人注冊、簽名、條款執行中交互數據的存證；最后，以銷售合約為實例，從訂立過程的要約認定、承諾認定、存證合法性三方面辨析了所提智能法律合約訂立方案的合規性。所做工作將有助于為智能法律合約的訂立過程提供法律依據，促進我國智能合約的法律化建設。

一種新型液電式互聯饋能懸架的特性分析

秦博男, 楊玨, 羅維東, 張文明

2022, 44(12): 2154-2163. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.25.002

[摘要](732)

[HTML全文] (241)

[PDF 2230KB](60) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種可回收車輛振動能量的新型液電式互聯饋能懸架系統（Energy-harvesting hydraulically interconnected suspension, EH-HIS），并對其垂向、側傾、俯仰工作模式進行了原理分析。基于系統流量關系和壓降原理建立了液電式互聯饋能懸架的數學模型，并通過臺架試驗對仿真模型進行了驗證。通過諧波激勵下的仿真測試，對系統的阻尼特性與饋能特性進行了分析，驗證了液電式互聯饋能懸架的阻尼特性具備非對稱性和可調節性，可以滿足大部分乘用車輛的許用范圍。當負載電阻從5 $ \mathrm{\Omega } $

增加到25 $ \mathrm{\Omega } $

時，相應的等效阻尼系數從7558 N?s?m^?1降低至3134 N?s?m^?1。饋能特性分析顯示當負載電阻等于電機內阻時，系統饋能功率將達到最高值，在頻率2 Hz振幅30 mm的激勵下，系統平均饋能功率可以達到875.9 W。

能源工程·環境工程

超聲波強化換熱研究進展

陳真真, 陳洪強, 黃磊, 郝南京

2022, 44(12): 2164-2176. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.24.001

[摘要](1013)

[HTML全文] (259)

[PDF 7165KB](151) [施引文獻] ()

摘要:
隨著科學技術的快速發展，微電子器件在不同領域得到越來越廣泛的應用。對于高集成化和高頻化的微電子器件，傳統的冷卻技術已很難滿足高效散熱的需求，因此對器件的可靠性與安全性帶來嚴重的影響。近年來，研究者提出了多種無源換熱過程強化技術，但是這些技術在不同程度上增加了流動阻力從而極大地限制了其應用潛力。超聲波技術具有成本低、使用簡便、操控靈活、穿透性強和無污染等特點，超聲波與散熱技術相結合實現有源換熱過程強化已逐漸引起研究者的關注和重視。本文對超聲波激勵換熱過程強化的研究進展進行了系統綜述，首先介紹超聲波強化換熱的機理，然后總結并分析超聲波技術在單相氣體對流、單相液體對流、池沸騰和流動沸騰換熱過程中的理論和實驗研究，最后討論超聲波換熱技術面臨的若干挑戰并提出未來潛在的發展方向，為構建高性能和實用化超聲波換熱體系提供相應的參考。

熱管式兩級熱電冷水機性能分析與優化

陳趙軍, 孟凡凱, 徐辰欣

2022, 44(12): 2177-2188. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.09.005

[摘要](369)

[HTML全文] (223)

[PDF 3597KB](35) [施引文獻] ()

摘要:
針對熱管良好的散熱能力和兩級熱電制冷器能達到更大的制冷溫差的特性，提出了一種基于熱管散熱的兩級熱電冷水機模型。基于有限時間熱力學和非平衡熱力學，考慮包括湯姆遜效應在內的各種熱電效應，用數值模擬的方法分析了恒溫熱源下工作電流、熱電單元分配比以及熱管幾何參數(熱管外徑、蒸發段長度和吸液芯厚度)對裝置制冷率、制冷系數和極限制冷溫差的影響。在熱電單元總對數一定的約束條件下，分別以制冷率和制冷系數最大為目標，以電流和熱電單元分配比為優化變量，優化了裝置性能，并分析了關鍵參數對最優變量和最優性能的影響，得到了協調制冷率和制冷系數的最優區間。通過優化熱電單元分配比和電流，裝置制冷率和制冷系數有了較大的提升。當${\Delta }{T}\text{=}\text{20?K}$

，x = 0.6，I = 2.5 A時，優化后的制冷率和制冷系數分別達到23.42 W和1.53，較優化前分別提高了12.11%和218.75%。

燒結煙氣中含鉀化合物對釩鎢鈦催化劑脫硝/二噁英性能的影響

丁龍, 楊濤, 錢立新, 張洪亮, 魏進超, 楊本濤, 龍紅明

2022, 44(12): 2189-2199. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.07.005

[摘要](511)

[HTML全文] (273)

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摘要:
采用釩鎢鈦催化劑可有效減排燒結煙氣中NO和二噁英，而煙氣中含有的鉀鹽會造成催化劑活性降低。在實驗室采用濕式浸漬法對新鮮釩鎢鈦催化劑進行強制失活，研究了三種鉀鹽（K₂SO₄、K₂O和KCl）負載于催化劑表面對其脫硝和脫二噁英活性的影響，并采用水洗和酸洗手段考察了失活催化劑的再生性能。結果表明，不同形態鉀鹽會造成催化劑的脫硝和脫二噁英活性降低，催化劑對兩種污染物的活性降低順序遵循相同的規律，即KCl> K₂O> K₂SO₄。催化劑的失活機理主要包括物理失活和化學失活。物理失活主要是指鉀鹽在催化劑表面沉積并堵塞其孔道；化學失活主要是指鉀鹽與催化劑表面的活性組分產生相互作用，鈍化表面活性位點，降低表面酸性，減弱氧化和還原性能，進而降低催化劑的脫硝和脫二噁英活性。再生實驗結果表明，水洗可以一定程度上恢復催化劑的脫硝活性，酸洗會導致催化劑表面活性物質流失，但水洗和酸洗均無法有效恢復催化劑的脫二噁英活性。最后，提出了不同形態鉀鹽對釩鎢鈦催化劑的中毒機理。